Tidlig udvikling- invertebrater

Transkript

1 Tidlig udvikling- invertebrater Kløvning og Gastrulation Kløvning, dvs. deling uden vækst v =>blastula blastula,, går g r altid forud for gastrulation Kløvning oftest kontrolleret af protein og mrna lagret i oocyten Akser defineres: anterior posterior dorsal ventral højre venstre 1

2 Kløvning Definition: Kløvning er en serie af mitotiske delinger, hvor cytoplasma deles i mange mindre, kerneholdige celler: blastomerer. Rate of Formation of New Cells During the Early Development of the Frog 2

3 Cell cycles Somatic Cells Early Blastomeres Eks. frøæg bliver til celler på 43 timer Periodisk ophobning af cyklin B. Syntetiseres af oocyt mrna. Kløvning Definition: Kløvning er en serie af mitotiske delinger, hvor cytoplasma deles i mange mindre, kerneholdige celler: blastomerer. Kløvning baseres på to koordinerede, cykliske processer: karyokinese og cytokinese 3

4 Role of Microtubules and Microfilaments in Cell Division 4

5 Kløvningsm vningsmønstrenstre To parametre bestemmer kløvningsm vningsmønster: nster: 1) Mængde og fordeling af blommeprotein i cytoplasma (blommerig( pol = vegetale/vegetative; blommefattig = animale). I zygoten er kernen ofte forskudt mod den animale pol. 2) Faktorer der influerer timing og vinkel af den mitotiske spindel. Oversigt over kløvningsm vningsmønstrenstre (sparsom, ensartet fordelt blomme) (moderat blommemængde forskudt mod vegetal pol) slide1.mov slide6.mov 5

6 (Megen blomme i de fleste celler) Gastrulation Koordineret celle- og vævsbevægelse, som reorganiserer blastula. Der findes 5 grundlæggende mønstre: 1) Invagination: Indfoldning af region 2) Involution: Indadgående bevægelse af overfladelag, så indadvendt overflade dækkes. 3) Ingression: Migration af individuelle celler fra overflade til det indre. 4) Delamination: Opsplitning af cellelag til to eller flere parallelle lag. 5) Epiboli: Epitellag, som bevæger sig som en enhed for at omslutte dybereliggende lag 6

7 Types of Cell Movements During Gastrulation Eks: Endoderm, søpindsvin Eks: Amfibiers mesoderm Eks: Mesoderm, søpindsvin slide7.mov Eks: Hypoblastdannelse fugle, pattedyr Eks: Ectodermdannelse, amfibier, søpindsvin Søpindsvin urchin.mov 7

8 Cleavage in the Sea Urchin Holoblastisk radial kløvning Tiers dannes fra 3. til 6. kløvning. 4. kløvning fører f til otte mesomerer. Et søpindsvinembryo mellem 32- og 60-cellestadiet kaldes morula ; en kugle af blastomerer. Ved 6. kløvning fås 60 celler i stedet for 64, fordi de fire små mikromerer ikke deles. Ved efterfølgende deling fås blastula -stadiet. Cilier (1 pr. blastomer) udvikles på ydersiden, vegetalpladen dannes, og blastula klækkes. 8

9 Photomicrographs of Cleavage in Live Embryos of the Sea Urchin (dannelse af vegetal plade) seaurchin.mov Fate Map And Cell Lineage of the Sea Urchin På 60-celle stadiet celleskæbne specificeret, men ikke irreversibelt committed. De fleste blastomere betinget specifikation, kun skeletogene mikromere autonome. 9

10 Autonomous Specification (Mosaic Development) in Patella Conditional Specification 10

11 Fate Map And Cell Lineage of the Sea Urchin Tidlige blastomerers skæbne fastlægges ved betinget specifikation: Mikromerer kan inducere sekundær akse (ingression) (primær invagination) (endoderm) 11

12 Ability of the Micromeres to Induce Presumptive Ectodermal Cells to Acquire Other Fates Specifikation af mikromerer β-catenin specificerer mikromerer. β-catenin er en transkriptionsfaktor, der akkumulerer i kernen af celler, som er determinerede til endoderm eller mesoderm. Nukleær akkumulation specificerer den vegetale del af embryo. 12

13 The Role of β-catenin in Specifying the Vegetal Cells of the Sea Urchin Embryo Normal The Role of β-catenin in Specifying the Vegetal Cells of the Sea Urchin Embryo LiCl medfører β-catenin i alle blastulaceller og animale celler bliver til endoderm og mesoderm 13

14 The Role of β-catenin in Specifying the Vegetal Cells of the Sea Urchin Embryo Hvis β-catenin ekskluderes fra kernen, specificeres vegetalcellers skæbne ikke, og embryo bliver en cilieret ektodermal kugle. Gastrulation - søpindsvin 1) Ingression af primære/skeletogene re/skeletogene mesenkymceller. Dannelse af primitiv tarm eller archenteron forløber i to faser: Primær og sekundær invagination. 2) Vegetalplade initierer primær invagination ind i blastocoelet og danner begyndelsen til den endodermale archenteron. 3) Involution (og nogen epiboli) ) af celler ind over kanterne af blastoporen (=> anus). 14

15 Gastrulation søpindsvin 1) Sekundær invagination af archenteron omfatter hurtig ekstension mod den animale pol, som på dette tidspunkt fortykkes til animal plate med særligt s lange cilier ( apical tuft ). 2) Sekundært mesenkym løsnes fra spidsen af archenteron og guider archenteron mod oral ektoderm. 3) Archenteron og oral ektoderm brister i kontaktområde og danner munden. Normal Sea Urchin Development, Following the Fate of the Cellular Layers of the Blastula 15

16 Normal Sea Urchin Development, Following the Fate of the Cellular Layers of the Blastula gastro2.gif Entire Sequence of Gastrulation in Lytechinus variegatus 16

17 Entire Sequence of Gastrulation in Lytechinus variegatus Ingression of Primary Mesenchyme Cells 17

18 Som udgangspunkt: Alle celler i blastula i kontakt med hyalinlag på ydersiden, BM på indersiden, samt andre celler lateralt. Mikromerer er bundet kraftigt til hinanden og hyalin, men mindre fast til BM. Under gastrulation udviser primære mesenkymceller det omvendte mønster. 18

19 Formation of Syncytial Cables by Primary Mesenchyme Cells of the Sea Urchin PMC danner syncytiske kabler og Ca 2 CO 3 -holdige spicules Localization of the Primary Mesenchyme Cells Filopodier eksplorerende og sensorisk funktion snarere end lokomotiv. PMC akkumulerer i områder med megen β-catenin ekspression. 19

20 Invagination of the Vegetal Plate Invagination of the Vegetal Plate 20

21 Cell Rearrangement During the Extension of the Archenteron in Sea Urchin Embryos Mid-Gastrula Stage of Lytechinus pictus 21

22 C. elegans 1 mm gennemsigtig nematode med ugers livsforløb. Udvikles fra æg g til modent individ i løbet l af 3 dage, heraf 16 timers embryogenese. 558 celler påp klækningstidspunkt, kningstidspunkt, 1090 celler i modent individ. Undervejs undergår r 131 apoptose. Indeholder spektrum af differentierede væv, v v, inklusiv nervesystem med hjerne. Det mest primitive dyr, som udviser karakteristika, som er essentielle i studiet af human biologi, herunder sygdomsudvikling. crawl.mov Summary of the Main Patterns of Cleavage (sparsom, ensartet fordelt blomme) (moderat blommemængde forskudt mod vegetal pol) 22

23 Caenorhabditis elegans Caenorhabditis elegans Founder cells: AB, MS, E, C og D; Stamceller: P1-P4. 23

24 Caenorhabditis elegans Kløvning og aksedannelse Rotational holoblastic cleavage (som mammaler). Anterior-posterior aksedannelse bestemmes af spermcellens pronukleus,, hvis position indikerer posterior pol. Delingsplan af AB celle bestemmer dorsal- ventral akse. 24

25 C. elegans specificeres både autonomt og betinget: Autonom: Derivater fra P1 udvikler posterior ende af embryo, selv efter separation fra AB. Betinget: På 4-cellestadiet er EMS cellen afhængig af signaler fra nabocellen, P2, for at kunne give ophav til endoderm. Uden P2 fås to MS-celler. Gastrulation Gastrulation starter lige efter dannelse af P4 cellen påp 24-cellestadiet. 2 datterceller fra E migrerer fra ventral side til centrum af embryo, og danner derved en lille blastopore.. Ep og Ea giver ophav til en 20-cellet tarm. P4 cellen migrerer gennem blastoporen,, dernæst mesodermale celler (fra MS), D og C muskelcelle- precursors kommer ind fra posterior side. AB-deriverede celler bevæger sig ventralt (ved epiboli) og lukker blastoporen.. Det hele tager ca. 6 timer. Organudvikling og udstrækning af embryo de næste n 6. 25

26 Gastrulation in C. elegans Lige før gastrulation, 26 Migration gennem blastoporen, 102 celdev.mov C. elegans model Cell death genes Mapping of lineages 26